C++：静态成员

3.7.1 静态数据成员
对象是类的一个实例，每个对象都具有自己的数据成员。例如，学生类张三或李四都具有自
己的学号，姓名和平均成绩。在实际使用时，常常还需要一些其他的数据项，比如学生人数、
总成绩、平均成绩。但是如果把这些数据项作为普通的数据成员来处理，将会产生错误。下
面通过例子来说明：

 例3.28  静态数据成员的引例 

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
 public:
     Student(char* name1,char* stu_no1,float score1);//声明构造函数 
     ~Student();//声明析构函数 
     void show();
     void show_count_sum_ave();
 private:
     char* name;  //学生姓名 
     char* stu_no;//学生学号 
     float score;
     int count;  //定义普通数据成员count 
     float sum;  //定义普通数据成员sum 
     float ave;  //定义普通数据成员ave     
};
Student::Student(char* name1,char* stu_no1,float score1)
{
  name = new char[strlen(name1)+1];//为学生姓名动态分配一个空间，并让name指向数组的首地址
  strcpy(name,name1);//首先name把name1指向的首地址复制过来，然后依次复制name1所指向的内容
  stu_no = new char[strlen(stu_no1)+1];
  strcpy(stu_no,stu_no1);
  score = score1; 
  count++;
  sum = sum+score;
  ave = sum/count;
} 
Student::~Student()
{
  delete []name; //释放空间 
  delete []stu_no;//释放空间
  --count;
  sum = sum-score;
} 
void Student::show()
{
  cout<<"姓名："<<name<<endl;
  cout<<"学号："<<stu_no<<endl;
  cout<<"成绩："<<score<<endl; 
} 
void Student::show_count_sum_ave()
{
  cout<<"学生人数："<<count<<endl;
  cout<<"总成绩："<<sum<<endl;
  cout<<"平均成绩："<<ave<<endl; 
}
int main()
{
 Student stu1("李明","1101",90.0);
 stu1.show();
 stu1.show_count_sum_ave();
 cout<<"------------------------"<<endl;
 
 Student stu2("王勇","1102",92.5);
 stu2.show();
 stu2.show_count_sum_ave();
 
 return 0;
}
/*
  运行结果发现：学生人数、总成绩、平均成绩都是错误的。

  其原因：一个学生对象的count、sum、ave仅仅属于这个学生对象，而不是所有学生对象
          所共享的，因此它们不能表示所有学生的人数、总成绩、平均成绩。
          
  解决办法：将count、sum、ave这个普通数据成员设为静态的数据成员，让所有的对象共享。
  
  格式为： static 数据类型 数据成员 
*/

将上面的例子改为静态的数据成员来处理，如下....

例3.29 静态数据成员的使用

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
 public:
     Student(char* name1,char* stu_no1,float score1);//声明构造函数 
     ~Student();//声明析构函数 
     void show();
     void show_count_sum_ave();
 private:
     char* name;  //学生姓名 
     char* stu_no;//学生学号 
     float score;
     static int count;  //定义静态数据成员count 
     static float sum;  //定义静态数据成员sum 
     static float ave;  //定义静态数据成员ave   
};
Student::Student(char* name1,char* stu_no1,float score1)
{
  name = new char[strlen(name1)+1];//为学生姓名动态分配一个空间，并让name指向数组的首地址
  strcpy(name,name1);//首先name把name1指向的首地址复制过来，然后依次复制name1所指向的内容
  stu_no = new char[strlen(stu_no1)+1];
  strcpy(stu_no,stu_no1);
  score = score1; 
  count++;
  sum = sum+score;
  ave = sum/count;
} 
Student::~Student()
{
  delete []name; //释放空间 
  delete []stu_no;//释放空间
  --count;
  sum = sum-score;
} 
void Student::show()
{
  cout<<"姓名："<<name<<endl;
  cout<<"学号："<<stu_no<<endl;
  cout<<"成绩："<<score<<endl; 
} 
void Student::show_count_sum_ave()
{
  cout<<"学生人数："<<count<<endl;
  cout<<"总成绩："<<sum<<endl;
  cout<<"平均成绩："<<ave<<endl; 
}
int Student::count=0;  //对静态数据成员count进行初始化 
float Student::sum=0;  //对静态数据成员sum进行初始化
float Student::ave=0;  //对静态数据成员ave进行初始化
int main()
{
 Student stu1("李明","1101",90.0);
 stu1.show();
 stu1.show_count_sum_ave();
 cout<<"------------------------"<<endl;
 
 Student stu2("王勇","1102",92.5);
 stu2.show();
 stu2.show_count_sum_ave();
 
 return 0;
}

说明：
（1）静态数据成员的定义与普通数据成员相似，但前面要加上static关键字。
static int count; //静态数据成员，用于统计学生人数
static float score; //静态数据成员，用于统计学生成绩
static float ave; //静态数据成员，用于统计学生平均分

（2）静态数据成员的初始化与普通数据成员不同。静态数据成员初始化应在类外单独进行，
而且应定义对象之前进行。一般在主函数main之前，类声明之后的特殊地带为它提供
定义和初始化。初始化格式如下：

数据类型 类名::静态数据成员=初始值

int Student::count=0;
int Student::sum=0;
float Student::ave=0;

注意：这时在数据成员的前面不要加static

（3）静态数据成员属于类(准确的说，是属于类的对象的集合)，而不像普通函数那样属于
某一对象，因此可以使用"::"访问静态的数据成员。

用类名访问静态数据成员的格式如下:

类名::静态数据成员
例如上面的Student::count、Student::sum、Student::ave

（4）静态数据成员与静态变量一样，是在编译时创建并初始化。它在该类的任何对象被建立
之前就存在。因此，共有的数据成员可以在对象被定义之前被访问。对象建立后，共有
的静态数据成员也可以被对象进行访问。

用对象访问静态数据成员的格式如下:

对象.静态数据成员
对象指针.静态数据成员

例1：通过对象访问静态数据成员 

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
 public:
     Student(string name1,string stu_no1,float score1);//(char* name1,char* stu_no1,float score1) 
     ~Student();//声明析构函数 
     void show();
     void show_count_sum_ave();
 private:
     string name;  //学生姓名 
     string stu_no;//学生学号
//     char* name;
//     char* stu_no; 
     float score;
     static int count;  //定义静态数据成员count 
     static float sum;  //定义静态数据成员sum 
     static float ave;  //定义静态数据成员ave   
};
Student::Student(string name1,string stu_no1,float score1)//(char* name1,char* stu_no1,float score1)
{
  //name = new char[strlen(name1)+1];//为学生姓名动态分配一个空间，并让name指向数组的首地址
//  strcpy(name,name1);//首先name把name1指向的首地址复制过来，然后依次复制name1所指向的内容
//  stu_no = new char[strlen(stu_no1)+1];
//  strcpy(stu_no,stu_no1);
  score = score1; 
  name = name1;
  stu_no = stu_no1;
  count++;
  sum = sum+score;
  ave = sum/count;
} 
Student::~Student()
{
  //delete []name; //释放空间 
//  delete []stu_no;//释放空间
 // --count;
//  sum = sum-score;
} 
void Student::show()
{
  cout<<"姓名："<<name<<endl;
  cout<<"学号："<<stu_no<<endl;
  cout<<"成绩："<<score<<endl; 
} 
void Student::show_count_sum_ave()
{
  cout<<"学生人数："<<count<<endl;
  cout<<"总成绩："<<sum<<endl;
  cout<<"平均成绩："<<ave<<endl; 
}
int Student::count=0;  //对静态数据成员count进行初始化 
float Student::sum=0;  //对静态数据成员sum进行初始化
float Student::ave=0;  //对静态数据成员ave进行初始化
int main()
{
 Student stu1("李明","1101",90.0);
 stu1.show();
 stu1.show_count_sum_ave();
 cout<<"------------------------"<<endl;
 
 Student stu2("王勇","1102",92.5);
 stu2.show();
 stu2.show_count_sum_ave();
 
 return 0;
}

例2：通过指针对象访问静态数据成员 

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student{
 public:
     Student(char* name1,char* stu_no1,float score1);//声明构造函数 
     ~Student();//声明析构函数 
     void show();
     void show_count_sum_ave();
 private:
     char* name;  //学生姓名 
     char* stu_no;//学生学号 
     float score;
     static int count;  //定义静态数据成员count 
     static float sum;  //定义静态数据成员sum 
     static float ave;  //定义静态数据成员ave   
};
Student::Student(char* name1,char* stu_no1,float score1)
{
  name = new char[strlen(name1)+1];//为学生姓名动态分配一个空间，并让name指向数组的首地址
  strcpy(name,name1);//首先name把name1指向的首地址复制过来，然后依次复制name1所指向的内容
  stu_no = new char[strlen(stu_no1)+1];
  strcpy(stu_no,stu_no1);
  score = score1; 
  count++;
  sum = sum+score;
  ave = sum/count;
} 
Student::~Student()
{
  delete []name; //释放空间 
  delete []stu_no;//释放空间
  --count;
  sum = sum-score;
} 
void Student::show()
{
  cout<<"姓名："<<name<<endl;
  cout<<"学号："<<stu_no<<endl;
  cout<<"成绩："<<score<<endl; 
} 
void Student::show_count_sum_ave()
{
  cout<<"学生人数："<<count<<endl;
  cout<<"总成绩："<<sum<<endl;
  cout<<"平均成绩："<<ave<<endl; 
}
int Student::count=0;  //对静态数据成员count进行初始化 
float Student::sum=0;  //对静态数据成员sum进行初始化
float Student::ave=0;  //对静态数据成员ave进行初始化
int main()
{
 Student stu1("李明","1101",90.0),*p1;
// stu1.show();
// stu1.show_count_sum_ave();
 p1 = &stu1;
 //p1->show();
 //p1->show_count_sum_ave();
 (*p1).show();
 (*p1).show_count_sum_ave();
 cout<<"------------------------"<<endl;
 
 Student stu2("王勇","1102",92.5),*p2;
 p2 = &stu2;
 //p2->show();
 //p2->show_count_sum_ave();
 (*p2).show();
 (*p2).show_count_sum_ave();
 
 return 0;
}

例3.30 公有静态数据成员的访问(在类外可以直接访问)
(私有静态数据成员不能在类外直接访问，必须通过公有的成员函数访问。)

#include<iostream>
using namespace std;
class Myclass{
  public:
    static int i;
    int get()
    {
      return i;
    }
};
int Myclass::i=0;
int main()
{
  Myclass::i=200;  //公有静态数据成员可通过对象进行访问 
  Myclass obj1,obj2;
  cout<<"obj1.i="<<obj1.get()<<endl;
  cout<<"obj2.i="<<obj2.get()<<endl;
  
  obj1.i=300;//公有静态数据成员通过对象进行访问并进行重赋值
  
  cout<<"obj1.i="<<obj1.get()<<endl;
  cout<<"obj2.i="<<obj2.get()<<endl;
  
  return 0; 
}  
/*

运行结果为：  obj1.i=200
            obj2.i=200
            obj1.i=300
            obj2.i=300 
解析：从本例中可以看出，由于静态数据成员只有一个值，所以不论用那个对象进行访问
      ，所得的结果是一样的。所以，从这个意义上讲，静态数据成员也是类的公共数据
      成员，是对象的共有数据项。
                  

c++支持静态数据成员的一个重要原因是不必使用全局变量。因为全局变量违反了面向对象程序
设计的封装性特点。静态数据成员主要作用于类的所有对象的公用的数据，如统计总数、平均数等....    
        
*/

3.7.2 静态成员函数

在类定义中，前面有static说明的成员函数称之为静态成员函数。静态成员函数属于整个
类，是该类所有对象共享的成员函数，而不属于类中的某个对象。

定义静态成员函数的格式如下：
static 返回类型 静态数据成员函数(参数表);

与静态数据成员类似，调用公有静态成员函数的一般格式有如下三种：
1、类名.静态成员函数(实参表)
2、对象.静态成员函数(实参表)
3、对象指针->静态成员函数(实参表)

//例3.31  静态成员函数访问静态数据成员。
#include<iostream>
using namespace std;
class Small_cat{
  public:
      Small_cat(double w);            //声明构造函数 
      void display();                 //声明非静态成员函数 
      static void total_disp();          //声明非静态成员函数
  private:
      double weight;                  //定义普通数据成员，表示一只小猫的重量 
      static double total_weight;     //定义静态数据成员，用于累计小猫的重量 
      static double total_number;     //定义静态数据成员，用于累计小猫的数量 
};      
Small_cat::Small_cat(double w)        //定义构造函数 
{
      weight = w;
      total_weight += w;              //累计小猫的重量 
      total_number++;                  //累加小猫的数量 
} 
void Small_cat::display()
{
     cout<<"这只小猫的重量是："<<weight<<"千克"<<endl;
} 
void Small_cat::total_disp()
 {
    cout<<total_number<<"只小猫的重量是："<<total_weight<<"千克"<<endl; 
 }
 double Small_cat::total_weight=0;     //对私有的静态数据成员进行初始化 
 double Small_cat::total_number=0;     //对私有的静态数据成员进行初始化
int main()
{
 Small_cat::total_disp(); //对象创建之前，通过类名::调用静态成员函数
     
 Small_cat w1(0.5),w2(0.6),w3(0.4),*p;    //创建三个小猫对象并进行初始化,并另外定义一个指针p 
 w1.display();  //通过对象调用非静态成员函数 
 w2.display();
 w3.display();
 cout<<endl; 
 
 p = &w1;
 (*p).total_disp(); //通过指针调用静态成员函数 
 p->total_disp();
 cout<<endl;
 
 Small_cat::total_disp(); //通过类名::调用静态成员函数 
 w1.total_disp();//通过对象调用静态成员函数 
 w2.total_disp(); 
 w2.total_disp();
 
 return  0;
} 

对静态成员函数的使在作几点说明：
1、一般情况下，静态函数成员主要用来访问静态数据成员。当它与静态数据成员一起使用
时，达到了对同一类中对象之间共享数据的目的。

2、私有静态成员函数不能做类外部的函数和对象访问。

3、使用静态成员函数的一个原因是，可以用它在建立任何对象之前调用静态成员函数，以处理
静态数据成员，这是普通成员函数不能实现的功能。

例如： int main()
{
      Small_cat::disp(); //可以在建立任何对象之前调用静态成员函数
      Small w1(0.5),w2(0.4),w3(0.6);
      .......
     return 0;
}

4、编译系统将静态成员函数限定为内部连接，也就是说，与现行文件相连接的其他文件
中的同名函数不会与该函数发生冲突，维护了该函数使用的安全性，这是使用静态成员
函数的另一个原因。

5、静态成员函数是类的一部分，而不是对象的一部分。如果要在类外调用公有静态成员函数，
使用格式是： 类名::静态成员函数

例如上述中Small_cat::disp();

当然如果定义了这个类的对象，也可以用对象调用静态成员函数

如 w1.cat::disp();

6、静态成员函数和非静态成员函数的区别是：非静态成员函数有this指针，而静态成员
函数没有this指针。静态成员函数可以直接本类中的静态成员函数，因为静态数据成
员同样是属于类的，可以直接访问。一般而言，静态成员函数不访问类中的非静态成
员。
例如：
cout<<"一只小猫的重量是：<<weight<<"千克"<<endl;
//不合法，weight是非静态数据成员
cout<<"一只小猫的总重量是：<<total_weight<<"千克"<<endl;
//合法，total_weight是静态数据成员

若确实需要访问非静态数据成员，静态成员函数只能通过对象名(或对象指针、对象引用)
访问该对象的非静态成员。如把display函数定义为静态成员函数时，可将对象的引用作为
函数参数，将它定义为：
static void display(Small_cat &w)
{
        cout<<"这只小猫的重量是："<<w.weight<<"千克"<<endl;
}

下面的例子给出了静态成员函数访问非静态数据成员的方法。

例 3.32  静态成员函数访问非静态数据成员。                             
*/
#include<iostream>
using namespace std;
class Small_cat
{
   public:
     Small_cat(double w);                     //声明构造函数 
     static void display(Small_cat &);       //声明静态成员函数 
     static void total_disp();                //声明静态成员函数
   private:
     double weight;                           //普通数据成员，表示一只小猫的重量
     static double total_weight;              //静态数据成员，用来统计小猫的重量
     static double total_number;              //静态数据成员，用来统计小猫的数量 
}; 
Small_cat::Small_cat(double w)                           //定义构造函数 
{                                              
     weight = w;                               
     total_weight += w;                       //累加小猫的重量
     total_number ++;                         //累加小猫的数量 
}
void Small_cat::display(Small_cat &w)         //定义静态成员函数，将对象的引用作为参数，
{                                              //显示每只小猫的重量 
    cout<<"这只小猫的重量是："<<w.weight<<"千克"<<endl;
}
void Small_cat::total_disp()                  //定义静态成员函数，输出小猫的总数量、总重量 
{
    cout<<total_number<<"只小猫的重量是：";
    cout<<total_weight<<"千克"<<endl;
    cout<<endl;
} 
double Small_cat::total_weight=0;             //静态数据成员初始化 
double Small_cat::total_number=0;             //静态数据成员初始化
int main()
{
   Small_cat::total_disp();          //在建立对象之前，调用静态成员函数，显示小猫的总数量、总重量 
    
   Small_cat w1(0.4),w2(0.5),w3(0.6);
   Small_cat::display(w1);                    //调用静态成员函数，显示第一只小猫的重量 
   Small_cat::display(w2);                    //调用静态成员函数，显示第二只小猫的重量
   Small_cat::display(w3);                    //调用静态成员函数，显示第三只小猫的重量
   
   Small_cat::total_disp();         // 在建立对象之后，调用静态成员函数，显示小猫的总数量、总重量
   
   return 0;
}